Question

Кристаллогидрат нитрата железа(II), в котором массовая доля протонов в ядрах всех атомов составляет 52,05%, прокалили до постоянной массы. Твёрдый остаток растворили в 300 г иодоводородной кислоты, взятой в избытке. Через образовавшуюся смесь пропустили сернистый газ, при этом прореагировало 2,24 л (н.у.) газа. Вычислите массовую долю соли иодоводородной кислоты в конечном растворе и массу исходного кристаллогидрата. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Accepted Answer

Answer

Идея решения: определить состав кристаллогидрата через массовую долю протонов, затем проследить цепочку реакций в обратном направлении — от количества прореагировавшего $\ce{SO2}$ к исходной массе кристаллогидрата и найти массовую долю йодида железа(II) в конечном растворе.

**Уравнения реакций:**

$$\ce{Fe2O3 + 6HI -> 2FeI2 + I2 + 3H2O}$$

$$\ce{SO2 + I2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HI}$$

$$\ce{4Fe(NO3)2 \cdot 9H2O ->[t^{\circ}] 2Fe2O3 + 8NO2 + O2 + 36H2O}$$

**Расчёты:**

1) Вычислим количество вещества и массу сернистого газа:

$$n(\ce{SO2}) = \frac{V(\ce{SO2})}{V_m} = \frac{2{,}24}{22{,}4} = 0{,}1 	ext{ моль}$$

$$m(\ce{SO2}) = n(\ce{SO2}) \cdot M(\ce{SO2}) = 0{,}1 \cdot 64 = 6{,}4 	ext{ г}$$

2) Из второго уравнения реакции: $n(\ce{I2}) = n(\ce{SO2}) = 0{,}1$ моль.

3) Из первого уравнения: $n(\ce{FeI2}) = 2n(\ce{I2}) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2$ моль.

$$m(\ce{FeI2}) = 0{,}2 \cdot 310 = 62 	ext{ г}$$

4) Из первого уравнения: $n(\ce{Fe2O3}) = n(\ce{I2}) = 0{,}1$ моль.

$$m(\ce{Fe2O3}) = 0{,}1 \cdot 160 = 16 	ext{ г}$$

5) Определим состав кристаллогидрата через массовую долю протонов. Пусть формула кристаллогидрата — $\ce{Fe(NO3)2 \cdot xH2O}$.

Число протонов в молекуле: в $\ce{H2O}$ — 10 протонов, в $\ce{Fe(NO3)2}$ — 8 протонов (два атома водорода в двух нитрат-ионах).

Общее число протонов: $10x + 8$.

Молярная масса кристаллогидрата: $M = 18x + 180$.

$$\omega_{	ext{протонов}} = \frac{10x + 8}{18x + 180} = 0{,}5205$$

$$10x + 8 = 0{,}5205(18x + 180)$$

$$10x + 8 = 9{,}369x + 93{,}69$$

$$0{,}631x = 85{,}69$$

$$x = 9$$

Кристаллогидрат: $\ce{Fe(NO3)2 \cdot 9H2O}$.

6) Из третьего уравнения реакции разложения: $n(\ce{Fe(NO3)2 \cdot 9H2O}) = 2n(\ce{Fe2O3}) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2$ моль.

$$m(\ce{Fe(NO3)2 \cdot 9H2O}) = 0{,}2 \cdot (18 \cdot 9 + 180) = 0{,}2 \cdot 342 = 68{,}4 	ext{ г}$$

7) Масса конечного раствора:

$$m_{	ext{конечн.}} = m(\ce{Fe2O3}) + m(\ce{HI}) + m(\ce{SO2}) = 16 + 300 + 6{,}4 = 322{,}4 	ext{ г}$$

8) Массовая доля йодида железа(II) в конечном растворе:

$$\omega(\ce{FeI2}) = \frac{m(\ce{FeI2})}{m_{	ext{конечн.}}} = \frac{62}{322{,}4} = 0{,}192 = 19{,}2\%$$

Задание №34Расчётные задачиЕГЭ по химии